CN108223518A - 一种高温超导带材的压接装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高温超导带材的压接装置及方法，用于将至少两根带材压接在一起。所述的压接装置由一组或多组以不同方式排列的滚轮组成，其中核心部件滚轮采用非金属弹性轮或表面带有非金属弹性覆层的金属轮。一方面弹性滚压设计保证了在整个带材宽度方向上所受的阻力以及压力均匀，另一方面多组滚轮压接设计使不锈钢带材的封装连续可靠。同时还提供了压接方法。本发明提供的压接方法及装置生产制造的超导带材具有成本低，成品率高等有益效果，还可以实现超导薄带材以及不锈钢封装超导带材的稳定制备。
Description
技术领域
本发明属于超导薄带材制造技术领域，尤其涉及一种高温超导带材的压接装置及方法。
背景技术
稀土钡铜氧REBCO(RE为Y、Gd、Sm、Nd、Dy等稀土元素)是近十几年发展起来的极具应用前景的高温超导带材，由于其具有高临界温度、高临界电流以及在磁场中更好的超导性能，可广泛应用于制备超导电缆、超导限流器以及超导磁体等。市场上现有的REBCO高温超导带材通常有两种结构：电镀金属层封装的超导薄带材以及粘覆金属带封装的超导带材。
现有的粘覆金属(铜、铝或不锈钢)带封装工艺及装置中，由于需要长时间连续工作在较高的温度下(比如锡焊铜带温度大于200℃)，因此一般采用耐高温的纯金属材质装置进行定位、转动和压接以实现带材之间的牢固粘覆，然而这种装置仅适用于常规的具有较强机械强度和较厚的铜带(此处的较厚的铜带，是指厚度大于50μm的铜带)的连续封装制备。
对较薄的铜带(此处的较薄的铜带，是指厚度介于20-50μm之间)而言，由于其机械强度较差，焊接过程中带材阻力稍有不均匀(比如金属装置热膨胀导致转动不顺畅等)就极易导致薄铜带从损伤处开始撕裂，使得薄铜带封装无法连续稳定的运行。因此，上述粘覆金属(铜、铝或不锈钢)带封装工艺及装置，并不适合于此类较薄铜带的封装加工。
由于上述技术缺陷，电镀金属层封装工艺通常被认为更适合于高温超导薄带材(总厚度小于120um)的封装，通过采用电镀覆铜(20um)封装技术在超导带材表面形成保护层。美国superpower公司采用该工艺产业化生产高温超导薄带材。相比而言，该技术的主要缺点如下：1)电镀覆铜工艺会产生大量的废液，造成环境污染；2)电镀覆铜工艺相对成本较高；3)电镀覆铜工艺中由于采用酸性或碱性的电镀液，对超导带材中心层的要求较高；4)电镀覆铜封装的超导带材其力学性能尤其是横向剪切应力性能较粘覆薄铜带封装超导带材的差。
另外，现有的粘覆金属(铜、铝或不锈钢)带封装工艺及装置对某些具有一定弹性的金属带比如不锈钢带而言，封装带材在压接后由于焊料来不及固化，很容易弹开，现有的压接装置和方法很难保证其压接效果。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对现有存在的技术问题，本发明提供一种高温超导带材的压接装置及方法，一方面解决了现有技术中粘覆金属(铜、铝或不锈钢)带封装工艺及装置无法用于生产超导薄带材的技术难题，避免了电镀覆铜工艺产生的成本高、环境污染、性能差等技术问题；另一方面解决了不锈钢带封装过程中容易在压接后弹开的问题。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种高温超导带材的压接装置，包括一组或多组滚轮；
所述每一组滚轮包括一对轮面相对挤压的滚轮；
所述一对轮面相对挤压的滚轮包括至少一个弹性滚轮；
在多层带材通过所述任一弹性滚轮组的两个弹性滚轮之间时能够被弹性挤压为一根复合带材；
所述弹性滚轮为非金属弹性材质滚轮或表面带有非金属弹性材质覆层的金属滚轮；
所述非金属弹性材质的邵氏D硬度介于70-95度之间。
优选地，所述非金属弹性材质为耐摩擦、耐高温的弹性材料。
优选地，所述非金属弹性材质能够在250℃及以下温度连续稳定工作。
基于以上装置，提供一种高温超导带材的压接方法，用于将至少两根封装带材压接在一起，所述制备方法包括如下步骤：在焊料池中采用热浸覆料的方式对多根带材中的每一根粘覆焊料，并将所述多根带材有序地叠加在一起，然后在焊料池外压接成一根高温超导复合带材。
优选地，所述压接方法包括如下步骤：
S1、有序定位：将多根带材有序分层地设置在相应的定位路线上；
S2、牵引入料：对所述多根带材的一端施加牵引力或张力，并使所述多根带材进入焊料池；
S3、粘覆焊料：令所述多根带材在焊料池中粘覆焊料；
S4、叠为一根：将所述多根带材有序地叠为一根多层带材；
S5、压接成型：在焊料池外，通过一组或多组弹性滚轮将所述多层带材压接成一根复合带材。
优选地，所述多层带材的移动速度为0-20m/min；
所述弹性滚轮的转速与所述多层带材的移动速度相匹配。
优选地，所述焊料池的温度介于183℃-250℃之间。
优选地，所述复合带材的封装带材为金属带；
所述金属带的厚度在20微米以上。
优选地，所述多组滚轮在焊料池上方的排列方式包括但不限于垂直焊料熔融液面向上竖直排列或者s型排列。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：本发明提供的一种高温超导带材的压接装置及方法具有以下有益效果：
与现有的粘覆金属带封装技术相比，本发明可以实现总厚度在70-120um之间的薄超导带材以及不锈钢封装的超导带材的连续稳定制备。
与现有的粘覆金属带封装技术相比，本发明改善常规铜带封装超导带材以及不锈钢封装超导带材的效果。
与电镀覆铜封装技术制备超导薄带材相比，本发明工艺更简单，成本更低，可重复性和成品率更高。
与电镀覆铜封装技术制备超导薄带材相比，本发明可避免超导带材中心层处于酸或碱的环境下，对超导带材中心层的要求较低，可进一步降低成本。
与电镀覆铜封装技术制备超导薄带材相比，本发明所制备高温超导薄带材力学性能尤其是横向剪切应力性能更加优异，能更好的应用于超导磁体的制备。
附图说明
图1为本发明涉及的一种用于高温超导带材的压接装置的结构示意图；
图2为本发明涉及的另一种用于高温超导带材的压接装置的结构示意图。
【附图标记说明】
1：金属带上；2：超导带材中心层；3：金属带下；4：定位装置a；5：定位装置b；6：定位装置c；7：转动装置；8：压接装置；9：超导带材；10：焊料池；11：熔融焊料。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
如图1所示：本实施例公开了一种用于高温超导带材的压接装置及方法。
具体为，包括焊料池10、设置于焊料池内的定位装置4、5、6、转动装置7以及设置于焊料池10上方的压接装置8；所述焊料池10用于盛放熔融焊料11。
这里所述的熔融焊料的温度介于183℃-250℃之间。
所述定位装置4、5、6位置可调，分别用于精确控制金属带1、3和超导中心层2的位置，使超导带材中心层2位于金属带1、3的中部，保证最佳的封装效果。
所述转动装置7用于将金属带1、3和超导带材中心层2送出焊料池10；考虑到转动装置7在熔融焊料11中存在热膨胀的问题，必须保证转动装置7在熔融焊料11中转动灵活，使其与金属带1、3和超导带材中心层2之间无滑动摩擦。
这里所述的转动装置的转动速度与带材的移动速度相匹配，以保证转动装置与带材之间无滑动摩擦，避免损坏金属带。
所述压接装置8用于将金属带1、3和超导带材中心层2以及焊料层一起挤压成超导带材9。
这里所述的压接装置设置在所述焊料池的上方，在所述熔融焊料池的外面对所述金属带1、3和超导带材中心层2进行压接，这里所述的金属带1、3和超导带材中心层2实际上已叠为一条多层带材。
所述压接装置8中引入非金属滚轮或表面带有非金属覆层的金属滚轮，在挤压金属带1、3和超导带材中心层2以及焊料层时，能产生一定的弹性形变。
这里所述的压接装置，包括一组或多组滚轮，一组或多组滚轮或者其中之一的滚轮滚压形成对多层带材的压接，滚压有助于使整个多层带材宽度方向上所受阻力均匀一致。
这里所述的多层带材是指金属带1、3和超导中心层2在熔融焊料池中浸覆焊料的过程中被转动装置有序地叠为一条所形成的带材。
需要说明的是这里的滚轮转动速度与所述多层带材的移动速度相匹配，以保证滚轮与所述多层带材之间无滑动摩擦，避免损坏金属带。
这里采用的金属带1、3为薄带材，厚度在20微米与50微米之间，当然也能够使用厚度在50微米以上的厚带材。
详细地，所述一组或多组滚轮或者其中之一采用非金属(弹性)轮或表面带有非金属(弹性)覆层的金属滚轮，在挤压金属带1、3、超导带材中心层2以及焊料层时，能产生一定的弹性形变，弹性压接有助于在整个带材宽度方向上实现压力均匀一致。
这里所述的压力介于0.1MPa-10MPa之间，当然这里所述的压力大小是可调控的。
所述非金属滚轮或表面带有非金属覆层的金属滚轮中的非金属材料为耐摩擦、耐高温(通常远高于焊料熔点)材料。
所述一组或多组滚轮在焊料池上方可以有多种排列方式，比如垂直焊料液面向上竖直排列(见图1)或者s型排列(见图2)，多组滚轮压接有助于改善具有一定弹性的不锈钢带材的封装效果。
下面结合图2说明本发明的一次使用过程：
金属带1、超导带材中心层2和金属带3在一定的张力条件下快速的进入焊料池并且在金属带1、超导带材中心层2和金属带3的表面粘覆焊料层，各自通过定位装置4、5、6调整位置，在转动装置7处汇合并快速的离开焊料池，输送至焊料池上方的压接装置8处，压接装置8将金属带1、3和超导带材中心层2以及焊料层一起挤压形成超导带材9。
本发明专利的实施例得到了东北大学科研专项01270021814101/008项目的支持。
本实施例中所述的金属带1、3和超导带材中心层2可以合称为多层带材；当然在实际生产制造中，可以根据需要将两条或两条以上的带材压接为一条超导带材。
所述的带材结构不限于金属带、超导带、金属带之间的粘覆，可以是金属带与超导带之间的不同组合，比如金属带与金属带之间的粘覆或者超导带与超导带之间的粘覆。
本实施例中所述的金属带为铜带，最终得到的是粘覆薄铜带封装的高温超导薄带材。
本实施例中所述的压接装置所包括的多组滚轮中还可以为弹性滚轮组和金属滚轮组组和对多层带材进行压接，但是，在这种情况下，对所述多层带材进行压接时，第一个对多层带材压接的滚轮必须是弹性滚轮组，之后再由金属滚轮组进行辅助压接，这里是为了避免金属滚轮组对刚出焊料池的多层带材造成损伤。
这里所述的弹性滚轮组是指具有弹性性能的非金属滚轮组或表面带有非金属(弹性)覆层的金属滚轮组，金属滚轮组是指纯金属不具有弹性的金属滚轮组成的滚轮组。
最后需要说明的是：
本实施例中所述的金属带和超导带材中心层均可称为带材。
本实施例中所述的所述非金属弹性材质的邵氏D硬度介于70-95度之间，在这样的硬度范围内能够使薄带材在压接复合的过程中避免被滚轮组的刚性破坏，实现了薄带材的稳定压接。
本实施例中所述非金属弹性材质能够在250℃及以下温度下连续稳定工作。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高温超导带材的压接装置，其特征在于，包括一组或多组滚轮；
所述每一组滚轮包括一对轮面相对挤压的滚轮；
所述一对轮面相对挤压的滚轮至少包括一个弹性滚轮；
在多层带材通过所述任一弹性滚轮组的两个弹性滚轮之间时能够被弹性挤压为一根复合带材；
所述弹性滚轮为非金属弹性材质滚轮或表面带有非金属弹性材质覆层的金属滚轮；
所述非金属弹性材质的邵氏D硬度介于70-95度之间。
2.如权利要求1所述的压接装置，其特征在于，所述非金属弹性材质为耐摩擦、耐高温的弹性材料。
3.如权利要求2所述的压接装置，其特征在于，所述非金属弹性材质能够在250℃及以下温度连续稳定工作。
4.一种高温超导带材的压接方法，用于将至少两根封装带材和至少一根中心带材压接在一起，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：在焊料池中采用热浸覆料的方式对多根带材中的每一根粘覆焊料，并将所述多根带材有序地叠加在一起，然后在焊料池外压接成一根高温超导复合带材。
5.如权利要求4所述的压接方法，其特征在于，所述压接方法包括如下步骤：
S1、有序定位：将多根带材有序分层地设置在相应的定位路线上；
S2、牵引入料：对所述多根带材的一端施加牵引力或张力，并使所述多根带材进入焊料池；
S3、粘覆焊料：令所述多根带材在焊料池中粘覆焊料；
S4、叠为一根：将所述多根带材有序地叠为一根多层带材；
S5、压接成型：在焊料池外，通过一组或多组弹性滚轮将所述多层带材压接成一根复合带材。
6.如权利要求5所述的压接方法，其特征在于，所述多层带材的移动速度为0-20m/min；
所述弹性滚轮的转速与所述多层带材的移动速度相匹配。
7.如权利要求5所述的压接方法，其特征在于，所述焊料池的温度介于183℃-250℃之间。
8.如权利要求5所述的压接方法，其特征在于，所述复合带材的封装带材为金属带；
所述金属带的厚度在20微米以上。
9.如权利要求5所述的压接方法，其特征在于，所述多组滚轮在焊料池上方的排列方式包括但不限于垂直焊料熔融液面向上竖直排列或者s型排列。
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